临床放射生物学基础PPT课件
合集下载
放射生物学课件
临床放射生物学分次照射中的生物因素4R放射治疗中的分次照射分次照射的治疗模式是以时间—剂量因子对生物效应的影响和作用机制为基础的，通过调整每次照射的时间间隔和照射剂量，达到保护周围正常组织，并最大限度的杀灭肿瘤组织，获得最佳治疗效果。
放射治疗中的分次照射放射治疗从一开始基本就是一种分次治疗的模式：•1896年1月29日芝加哥报道开始为一位乳腺癌病人进行了每天一次，共18次的治疗。
•第一例单纯采用放射治疗治愈的肿瘤病人是一位49岁的患鼻根部基底细胞癌的妇女。
治疗开始于1899年7月4日共照射了99次。
治疗30年后也没发现有残余病灶的证据，说明完全治愈了。
放射治疗中的分次照射•自20世纪30年代以来，以临床实践经验为基础建立起来的分次照射治疗方法(每周5次，每次2Gy)已被认为是标准方法。
•长期大量的临床实践表明，这种方法基本上符合大多数情况下正常组织和肿瘤组织对射线反应差异的客观规律，起到了保护正常组织和保证一定肿瘤细胞群杀灭率的作用。
分次照射中的生物因素（4R）•放射损伤的修复(R epair of radiationdamage)•再群体化(R epopulation)•细胞周期的再分布(R edistribution within the cell cycle)•乏氧细胞的再氧化(R e-oxygenation of hypoxia cel（一）放射损伤的修复(R epair of radiation damage)1.细胞的放射损伤•任何活体组织及细胞都会有其耐受剂量，人体正常组织也不例外，当肿瘤致死剂量超过了正常组织的耐受剂量时,治愈肿瘤将会使正常组织出现不可接受的放射损伤。
•放射损伤的关键靶是DNA，造成DNA链的断裂（SSB和DSB）•放射损伤概括为亚致死性损伤·潜在致死性损伤和致死性损伤放射损伤的修复(R epair of radiation damage) 2.放射损伤的修复（1）亚致死损伤的修复(STD)定义：某一既定单次照射剂量分成间隔一定时间的两次所观察到的存活细胞增加的现象。
放射生物学讲义
快速电子 离子自由基物效应
射线质与相对生物效应
线性能量传递（LET,linear energy transmission) 射线与生物分子相互作用产生电离而发生的能量转换。 以射线沿径迹1u所消耗的能量表示，单位为KeV/u。 LET=dE/dL 高LET射线：质子、中子 低LET射线：直线加速器产生的X线和钴机产生γ线
细胞死亡的机制： 染色体DNA是关键靶 调亡：照射启动了细胞内的某种基因机制，从而发生一系 列程序性改变，最终导致细胞死亡。多 发生在间期细胞 及成熟分化的细胞。它是高度细胞类型依赖性的。唾液腺 分泌细胞：照射几次即出现口干；神经细胞，淋巴细胞等。 在一定意义上说，只需使肿瘤细胞产生增殖性死亡，即肿 瘤细胞不再无限分裂增殖，就能达到根治肿瘤的目的。 细胞死亡和再增殖完整性丢失（loss of reproductive integrity of tumor cells）存在根本意义上的不同。放射 可治愈性最主要依据是后者。
D0 Gy
线性二次模型（linearquadratic model） 辐射杀灭细胞有两部分：一部 分与照射剂量成比例，另一部 分与照射剂量的平方成比例 S=e -αD-βD2
α和β是常数
存活分数
S是照射剂量为D时的细胞存活 当αD= βD2或D= α/ β，照射剂量 与细胞杀灭成比例的部分与照射剂量 平方成比例的部分相等，在这个剂量 点α/ β，线性和平方项对细胞杀灭 的贡献相等。 α/ β：早反应组织高 晚反应组织低
第三章：电离辐射的细胞效应
辐射诱导的DNA损伤及修复
DNA的链断裂
单链断裂： 离体DNA受照射后约90%为单链断裂；活体DNA受照射后比 例更高。单链断裂后可以按照DNA的碱基配对原则修复 （如此时发生错误修复，可产生突变）。 双链断裂： 离体DNA受照射后约10%为双链断裂；活体DNA受照射后比 例更低。双链断裂后，由于模板的消失，一般不能修复。 注意断裂部位：如断裂部分彼此分开（间隔一段距离）， 可以修复； 断裂在对侧互补碱基位置或仅隔几个碱基， 发生真正双链断裂，及染色体折成两段，导致细胞死亡/ 突变致癌。 双链断裂修复：同源和非同源重组
3第二章临床放射生物学
细胞死亡： 1.增殖性死亡：几个细胞周期以后才死 即失去无限增殖能力
亡，
2.间期性死亡(凋亡)：几个小时内就死亡，细 胞对放射敏感性较高，比如淋巴细胞 细胞凋亡:是基因控制的细胞自主有序的死亡， 是主动争取的一种死亡过程。就像树叶或花自然 凋落一样。
辐射所致细胞死亡
几百戈瑞的大剂量照射之后，所有细胞机能都中止，最终发生细 胞溶解，这种情况被认为是细胞即刻死亡或间期死亡； 用较低的几个戈瑞照射正在分裂或还能进行分裂的细胞（如骨髓 细胞系、皮肤或小肠隐窝），此时部分细胞丧失其分裂或增殖能力。 另一方面，存活细胞或能够生存发育的细胞是指保持细胞增殖能力， 并能够因此而形成集落或克隆的细胞，这些细胞称为克隆源性细胞。 在体内，肿瘤和正常组织只有一小部分细胞属于克隆源性细胞，受照 后期数量迅速减少。 上述细胞死亡定义对放射治疗具有特殊意义，因为肿瘤细胞即使全都 依然存在，但失去了无限增殖能力，并因此而失去了局部浸润或远地 转移的能力，这样也就达到局部控制的目的。 同样，对于正常组织，大多数急性和慢性放射效应都发生在丧失生存 发育能力的情况下。
三.细胞存活曲线
受照射的细胞保留完整的增殖能力，能无限分裂 产生大量子代细胞形成一个集落或克隆的干细胞 称为细胞存活
细胞存活曲线：用来定量描述辐射吸收剂量与存 活细胞数量的相关性的一种方法。
指数性存活曲线：
细胞存活率与照射剂量成指数性反比关系，即在细 胞放射敏感性不变时，剂量越大，细胞死亡越多； 而敏感度越低，细胞存活率越高； 以同一剂量照射放射敏感与放射抗拒的细胞，其存 活率不同。根据指数性反比关系，即使照射剂量达 到极大时（临床一般不可能用这么高的剂量），也 会有少数细胞存活。p40图 用密集电离辐射如中子、a粒子为放射源，可有这 种放射效应。
放射生物学课件-第四节胚胎和胎儿的辐射效应
电离辐射对人类妊娠的影响的数据主要来源与日本原子弹爆炸幸存者 的资料，虽然对于幸存者的辐射剂量的定量很困难，但是这些资料还 是具有重要的意义。首先，没有观察到妊娠15天内照射所致的出生缺 陷，这与动物实验在植入前期受照具有的全或无的致死效应相一致， 也就是植入前期受照存活的胚胎不会发生损伤效应。胚胎期在距离爆 心1500米照射，可导致儿童期身体矮小、体重降低，头部明显减小， 与对照组相比，平均身高要矮2.25厘米，体重轻3Kg，头径小1.1厘米 ，其中小头症可延续到成年。在受照时间上，在0-15周受照，可观察 到小头畸形。在8-15周受照，可观察到智力迟钝。在0-7周受照，虽然 可以引起小头畸形，但是不发生智力迟钝。
动物实验与人类资料的比较
这张图显示了动物实验与人类资料的比较，妊娠早期受照 可能产生胚胎死亡，但不发生畸形，动物实验显示在器官 发生期受照，主要产生畸形，在人类中主要发现是小头畸 形，其发生在妊娠的15周以内，在妊娠的8-15周受照，智 力迟钝发生率高，在16-25周受照智力迟钝发生率降低。
电离辐射对胚胎和胎儿的效应是同受照时间密切相关的， 不同时间受照发生不同的效应。好，本次课就上到这里， 谢谢！
胎儿期
➢ 造血系统、致死效应需要的剂量比妊娠
早期高很多。
第三是胎儿期，这时主要的器官脏器已经形成，在胎儿期继续 生长发育，小鼠大约从妊娠13天开始，相当于人的第6周之后 ，胎儿期放射敏感性相对较低，这时的电离辐射损伤效应包括 造血系统损伤、肝肾损伤，但是所有的效应发生需要的剂量相 对较高，胎儿期引起致死效应需要的剂量比妊娠早期高很多。
胚胎和胎儿的辐射效应
SOOCHOW UNIVERSITY
本次课我们学习一下电离辐射对胚胎和胎儿的作用，也就 是电离辐射作用于胚胎发育过程所产生的有害影响，称为 电离辐射的的发育毒性效应。 由于大鼠和小鼠繁殖的妊娠期比较短，便于进行发育毒性 效应的实验研究，所以我们目前关于电离辐射的的发育毒 性效应的数据大多来自于大鼠和小鼠实验。 下面我们按照胚胎在子宫的发育的3个阶段来介绍：
临床放射生物学基础
• 自由基和抗氧化酶和其他抗氧化物质作 用
放射治疗实现的可能性
• B-T定律：
细胞的放射敏感性高低和细胞增长 速率成正比和细胞的分化程度成反比
恶性肿瘤细胞增长快，分化差和正 常组织相比，放射敏感性更高
辐射的细胞生物学效应
• 细胞死亡
（1）增殖性死亡
分裂几次后死亡，临床表现，肿瘤受照后 ，体积不立即缩小，甚至出现临时性增大，以 后，随着肿瘤细胞的不断死亡，肿瘤才缩小
存活率=
(PE)
种植细胞数空白组集落形成
细胞存活曲线
• 高LET线细胞存活曲线----指数性曲线 曲线公式 S=e-kD
• 低LET线细胞存活曲线----非指数性曲线 肩部反映低剂量下损伤修复 直线部分反映高剂量下指数性杀灭 曲线公式为一次二元方程式 S=1-(1-e-kD )n ( K 为直线部分的斜率) D0=1/K (D0 为平均致死剂量) S=1-(1-e-D/ D0 )n
细胞存活曲线 线性二次模型
分次剂量照射的细胞存活曲线
• 分次照射时，细胞存活曲线肩区的 每次照射重建。
细胞动力学的改变
细胞的放射敏感性
• 不同细胞群体的放射敏感性，不断分裂和更新 的细胞敏感，不分裂的细胞抗拒。
• 不同细胞周期时相的放射敏感性差异。 • 不同环境中的细胞敏感性特别是氧分压不同对
曲线几个重要参数: D0 ,n值,Dq值
细胞存活曲线 单击单靶模型
细胞存活曲线 单击单靶模型
e-1 = 0.37 e-2 = 0.14 e-3 = 0.05
细胞存活曲线 单击多靶模型
细胞存活曲线 线性二次模型
• Thames和Bentzen于80年代提出 • LQ模型以DNA双链断裂造成细胞死亡为理论依
放射治疗实现的可能性
• B-T定律：
细胞的放射敏感性高低和细胞增长 速率成正比和细胞的分化程度成反比
恶性肿瘤细胞增长快，分化差和正 常组织相比，放射敏感性更高
辐射的细胞生物学效应
• 细胞死亡
（1）增殖性死亡
分裂几次后死亡，临床表现，肿瘤受照后 ，体积不立即缩小，甚至出现临时性增大，以 后，随着肿瘤细胞的不断死亡，肿瘤才缩小
存活率=
(PE)
种植细胞数空白组集落形成
细胞存活曲线
• 高LET线细胞存活曲线----指数性曲线 曲线公式 S=e-kD
• 低LET线细胞存活曲线----非指数性曲线 肩部反映低剂量下损伤修复 直线部分反映高剂量下指数性杀灭 曲线公式为一次二元方程式 S=1-(1-e-kD )n ( K 为直线部分的斜率) D0=1/K (D0 为平均致死剂量) S=1-(1-e-D/ D0 )n
细胞存活曲线 线性二次模型
分次剂量照射的细胞存活曲线
• 分次照射时，细胞存活曲线肩区的 每次照射重建。
细胞动力学的改变
细胞的放射敏感性
• 不同细胞群体的放射敏感性，不断分裂和更新 的细胞敏感，不分裂的细胞抗拒。
• 不同细胞周期时相的放射敏感性差异。 • 不同环境中的细胞敏感性特别是氧分压不同对
曲线几个重要参数: D0 ,n值,Dq值
细胞存活曲线 单击单靶模型
细胞存活曲线 单击单靶模型
e-1 = 0.37 e-2 = 0.14 e-3 = 0.05
细胞存活曲线 单击多靶模型
细胞存活曲线 线性二次模型
• Thames和Bentzen于80年代提出 • LQ模型以DNA双链断裂造成细胞死亡为理论依
《放射生物学》课件
2 未来的发展趋势
随着科技的进步，放射生物学将能够更好地应用于临床、环境保护和放射安全等领域。
《放射生物学》PPT课件
欢迎来到《放射生物学》PPT课件！在本课程中，我们将介绍放射生物学的定 义、发展历史、实验方法以及其在医学和环境中的应用。让我们一同探索这 个引人入胜的领域吧！
放射生物学介绍
什么是放射生物学
放射生物学研究放射线对生 物体的影响以及相关的生物 学效应和应用。
放射生物学的发展历史
3 放射线对细胞的影响
放射线可以导致DNA损伤、细胞突变和细胞凋亡等变化，对细胞细胞培养实验
通过体外培养细胞，研究放射线对细胞的影响和响应机制。
2
动物实验
使用实验动物模型，观察放射线在生物体中的效应和剂量响应关系。
3
人类实验
通过观察受过放射线照射的人体，获取真实的放射生物学数据和相关医学知识。
放射生物学的应用
放射治疗
利用放射线的生物学效应治疗 癌症和其他疾病。
放射诊断
通过获取放射线影像来诊断疾 病和评估治疗效果。
放射污染的防治
研究放射污染的来源、传播途 径以及防护策略，保护环境和 人类健康。
总结
1 放射生物学的意义和作用
放射生物学的研究对于保护人类健康、发展医学和环境科学都具有重要意义。
放射生物学作为一个独立的 科学领域，有着悠久的发展 历史，起源于伽马射线的发 现。
放射生物学研究的意义
了解放射线对生物体的影响， 可以帮助我们更好地理解和 应对辐射暴露的危害。
放射线对生物体的影响
1 放射线的物理性质
放射线是高能电磁辐射，具有穿透力和电离能力。
2 放射线对生物体的作用机理
放射线通过与生物体的分子、细胞和组织发生相互作用，引起一系列生物学效应。
随着科技的进步，放射生物学将能够更好地应用于临床、环境保护和放射安全等领域。
《放射生物学》PPT课件
欢迎来到《放射生物学》PPT课件！在本课程中，我们将介绍放射生物学的定 义、发展历史、实验方法以及其在医学和环境中的应用。让我们一同探索这 个引人入胜的领域吧！
放射生物学介绍
什么是放射生物学
放射生物学研究放射线对生 物体的影响以及相关的生物 学效应和应用。
放射生物学的发展历史
3 放射线对细胞的影响
放射线可以导致DNA损伤、细胞突变和细胞凋亡等变化，对细胞细胞培养实验
通过体外培养细胞，研究放射线对细胞的影响和响应机制。
2
动物实验
使用实验动物模型，观察放射线在生物体中的效应和剂量响应关系。
3
人类实验
通过观察受过放射线照射的人体，获取真实的放射生物学数据和相关医学知识。
放射生物学的应用
放射治疗
利用放射线的生物学效应治疗 癌症和其他疾病。
放射诊断
通过获取放射线影像来诊断疾 病和评估治疗效果。
放射污染的防治
研究放射污染的来源、传播途 径以及防护策略，保护环境和 人类健康。
总结
1 放射生物学的意义和作用
放射生物学的研究对于保护人类健康、发展医学和环境科学都具有重要意义。
放射生物学作为一个独立的 科学领域，有着悠久的发展 历史，起源于伽马射线的发 现。
放射生物学研究的意义
了解放射线对生物体的影响， 可以帮助我们更好地理解和 应对辐射暴露的危害。
放射线对生物体的影响
1 放射线的物理性质
放射线是高能电磁辐射，具有穿透力和电离能力。
2 放射线对生物体的作用机理
放射线通过与生物体的分子、细胞和组织发生相互作用，引起一系列生物学效应。
临床放射生物学基础
临床放射生物学基础临床放射生物学是研究电离辐射对肿瘤组织和正常组织的效应以及研究这两类组织被射线作用后所引起的生物反应的一门学科。
它是放射肿瘤学的四大支柱（肿瘤学、放射物理学、放射生物学和放射治疗学）之一，因此从事肿瘤放射治疗的医生必须掌握这门学科的基础知识。
第一章物理和化学基础第一节线性能量传递一、概念线性能量传递(linear energy transfer,LET)是指射线在行径轨迹上，单位长度的能量转换。
单位是KeV/um。
注意，LET有两层含义，其物理学含义为带电粒子穿行介质时能量的损失即阻止本领，而LET的生物学含义则强调带电粒子穿行介质时能量被介质吸收的线性比率。
例如，γ射线在穿过细胞核时，以孤立单个的电离或激发形式将大部分能量沉积在细胞核中，引起DNA损伤，其部分损伤又能够被细胞核中的酶修复，1Gy的吸收剂量相当于产生1000个γ射线轨迹，故γ射线属于低LET；α粒子在穿过细胞核时产生的轨迹少，但每条轨迹的电离强度大，因而产生的损伤大，这种损伤常常累及邻近的多个碱基对，于是损伤难以修复，1Gy的吸收剂量相当于产生4个α粒子轨迹，故α粒子属于高LET。
一般认为10KeV/um是高LET和低LET的分界值，LET值＜10KeV/um时称低LET射线，如X、γ、β射线，LET 值＞10KeV/um时称高LET射线，如中子、质子、α粒子。
二、高LET射线特性1.物理学特点：高LET存在Bragg峰，即射线进入人体后最初的阶段能量释放（沉积）不明显，到达一定深度后能量突然大量释放形成Bragg峰（即射线在射程前端剂量相对较小,而到射程末端剂量达到最大值），随后深部剂量又迅速跌落。
2.高LET生物效应特点：(1)相对生物效应（RBE）高，致死效应强，细胞生存曲线的陡度加大；(2)氧增强比(OER)小，对乏氧细胞的杀伤力较大；(3)亚致死性损伤的修复能力小，细胞生存曲线无肩部；(4)细胞周期依赖性小，高LET能够杀伤常规放疗欠敏感的G0期和S期细胞。
临床放射生物学基础
水的电离和激发
直接作用
直接作用 射线被生物物质吸 收时,直接和细胞关 键的靶起作用，靶 原子被电离或激发 启动一系列生物事 件导致生物改变。
高LET射线，如中子 或α粒子
间接作用
自由基与活性氧
自由基对DNA这一细胞最重要靶点作用产生 DNA损伤 自由基对脂类过氧化作用与生物膜作用产生细胞 膜损伤 自由基和抗氧化酶和其他抗氧化物质作用
非常规分割照射的生物学基础
临床上主要有三种类型
① 超分割放疗（hyperfractionated radiation therapy, HRT）
②加速超分割放疗（hyperfractionated accelerated radiation therapy, HART）
③后程加速超分割放疗
超分割放疗
乏氧细胞再氧合
capillary
normal oxygen hypoxic viable anoxic - necrotic
aerated cells
hypoxic cells
乏氧细胞再 氧合是临床肿 瘤放射治疗中 小剂量分次照 射方案制定的 基础。
Reoxygenation
survivors after irradiation
中用同样总剂量，对任何一期的肿瘤分程 治疗的控制率都比常规治疗低。
多种肿瘤放疗总疗程时间和肿瘤局控 率的关系。
细胞的再增殖
肿瘤再增殖有重要临床意义 1.不必要延长治疗； 2.如急性反应重，治疗期间必须有一个间断，
应尽量短； 3.不考虑单纯分段放疗； 4.由于非医疗原因的治疗中断，有时需采取
措施“赶上”； 5.增殖周期短的肿瘤可采用加速分割。
细胞存活曲线 线性二次模型
任何类型辐射效应造成的细胞杀灭都是单击致死性杀灭 （型）与亚致死性损伤累积杀灭（型）之和。 总的生物效应为两者之和，即S＝S· S＝e-αD· eβD2＝e -(αD＋βD2) 当一次照射引起的上述两种效应相等时，则D=D2， /＝D。因此，/代表的是这样一个剂量，在此剂量 照射时线性部分（D）对放射效应的贡献与平方部分 （βD2）的贡献相同，其单位是Gy。
放疗 PPT课件.ppt
脱氧核糖核酸（DNA）
腺嘌呤
腺嘧啶
鸟嘌呤
胞嘧啶
2.染色体DNA是关键靶
染色体特别是DNA是引起细胞死亡的主要靶的证 据：
微幅射研究显示，用放射线杀死细胞时，单独 照射细胞质所需的照射剂量要比单独照射细胞 核大得多。
放射性核素（如 3H、125I)参入核DNA可有效地 造成DNA损伤并杀灭细胞。
整个有丝分裂过程分为前期、中期、后期和末期四个 时期。此外，G0期细胞，指那些处于休眠状态不参 加周期分裂活动的细胞。一旦机体需要或接到某种信 号后，这些细胞就能开始准备DNA的合成而变成G1 期细胞。
细胞周期
细胞增殖周期为: A G1期-S期-G2-M期 B G2期-G1期-S期-M期 C M期-S期-G1期-G2期 D S期-M期-G1期-G2 E G1期-G2期-S期-M期
（一）、细胞的放射敏感性
各种细胞对电离辐射的敏感程度有很大的差异， 主要表现为以下三个方面：
（1）、不同细胞群体的放射敏感性 （2）、不同细胞周期时相的放射敏感性 （3）、不同环境中细胞的放射敏感性
（1）、不同细胞群体的放射敏感性
可分三类：
a.不断分裂和更新的细胞群体---辐射敏感 b.不分裂的细胞群体---辐射抗拒性 c.一般状态下基本不分裂的细胞群体---辐射相 对不敏感（但可受刺激后转化）
正常细胞周期调控机制
细胞周期中S期和M期是最活跃的时相，G1向S过渡期 和G2向M过渡期最关键。
G1时相调控机制（R点）。 S时相调控机制。 G2/M时相调控机制。
肿瘤内细胞放射敏感性的差异
细胞时相的敏感性差
异
1.0
Survival fraction
G2/M期敏感 G1/S期抗拒 照射后增殖周期中的 细胞（时相）分布不 同
临床放射生物学
指数存活曲线：单靶单击模型，只有一个参数D0 （致
密电离辐射：如中子，α粒子） D0平均致死量(mean lethal dose):平均每靶击中一次所给 与的剂量 SF=e- α D：细胞群受D0剂量照射后，并不是所有细胞受到 打击，只有63%的细胞受到致死性击中，而有37%的细胞幸 免
非指数存活曲线：多靶单击模型，线性二次模型，
容积剂量的概念 并联组织：肺、肝，其耐受量与容积密切相关 串联组织：脊髓、食管，其耐受量与容积不太 相关。
正常组织放射损伤的靶细胞： 早反应组织：干细胞 功能器官：特定的细胞，如少突胶质细胞，Ⅱ 型肺泡细胞，肝实质细胞，肾小管细胞，血 管内皮细胞
脊髓
• 靶细胞： 少突胶质细胞， α/β≈1.5~5 Gy • 修复时间 > 4 小时，完全修复：24小时 • 耐受量： 48 Gy（每天 2 Gy 照射时 ）
肾脏
靶细胞：肾小管细胞，肾小球和近肾小球细胞 α/β≈1.7~2.0 Gy 半修复时间=2.1小时 间隔时间>8小时 耐受量：全肾照射时≈ 30 Gy ，故一侧肾照射 时，应严格保护健侧肾，使其低于20 Gy。 其耐受潜伏期可长达1~10年
心脏
靶细胞：心肌细胞，血管内皮细胞 α/β≈2.4~2.9 Gy 耐受量：1/3体积=60 Gy 2/3体积时为45 Gy 全心照射：40 Gy TD 50/5 心包炎：1/3体积：70 Gy 2/3体积：55 Gy 全心：50 Gy
肿瘤的放射生物学
• 肿瘤的放射杀灭或放射对肿瘤的控制呈S曲 线，故单纯提高剂量不能进一步提高治愈 率。
肿瘤体积效应
• 肿瘤体积大小与放射控制呈反比 • 或与肿瘤的干细胞数量呈反比
再群体化的加速
• 放射后存活下来的残存肿瘤干细胞可加快 生长速度
临床放射生物学基础
4Rs
细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )：
周期内细胞时相的再分布 （Redistribution within the cell cycle）
氧效应及乏氧细胞的再氧合 （The oxygen effect and reoxygenation ）
再群体化(Repopulation)
一.细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )
细胞放射损伤的类型
亚致死损伤(sublethal damage)， 潜在致死损伤(potential lethal damage) 致死损伤(lethal damage)。
一细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )
细胞周期时间 （cell-cycle time）,也称为 有丝分裂周期 G2 时间, 是两次 有效的有丝分 裂之间的时间
M 有丝分裂期
G1
S DNA合成期
细胞周期时相与放射敏感性
有丝分裂期细胞或接近有丝分裂期细胞 是放射最敏感细胞
晚S期细胞通常具有较大的放射抗拒性 若G1期相对较长,G1早期细胞表现相对辐
线性二次模式
LQ的临床意义 1:预测剂量分割方式的生物效应,而提出
超分割,加速超分割,低分割等照射方式. 2:不同剂量分割方式的等量转换
n2d2〔 1+d2/(α/β) 〕= n1d1 〔 1+d1/(α/β) 〕
D2/D1= 1+d2/(α/β) / 1+d1/(α/β)
细胞周期时相与放射敏感性
细胞存活曲线的临床意义
1:研究各种生物效应与放射剂量的关系. 2:比较各种因素(氧﹑放射增敏剂﹑化学
放射生物学的基础理论
Ⅳ：以染色体损伤为指标，G2期最敏感
3．细胞放射损伤在修复： （1）亚致死性损伤的修复：亚致死性损伤是 指细胞受到照射后，能完全修复的损伤 （2）潜在致死性损伤的修复：潜在致死性损 伤是指细胞受到照射后，如有适宜的条件或环 境，这种损伤就可以修复，如果得不到适宜的 条件和环境，这种损伤将转为不可逆的损伤， 从而使细胞最终丧失分裂能力。低敏感细胞 （3）致死性损伤：是指细胞所受的损伤在任 何情况下都不能恢复的损伤。M期细胞或大剂 量照射
（五）Ｌ－Ｑ模式仅在下列条件下 才能应用：
１、每次照射后的亚致死性损伤的修复必须完全； ２、每次照射所产生的生物效应相似 ３、没有把时间因素即细胞增殖考虑在内 ４、细胞周期自我致敏忽略不计
（六）、Ｌ－Ｑ模式及它的衍生公 式在临床上应用
１、ＥＴＤ和ＢＥＤ ＥＴＤ即外推耐受剂量 ＢＥＤ即等效生物 剂量 Ｅ／a=nd(1+β/a d)=ETD or BED 2、带有时间因子的ＬＱ等效换算公式Ｐ３３９ ３、带有不完全修复因子的ＬＱ等效换算公式 Ｐ３３９
2.影响细胞放射敏感性的因数：
①细胞分化程度与放射敏感性成反比
②细胞内CAMP的水平，CAMP水平愈低，放射敏感性 愈强，研究表明细胞分裂相越多，细胞CAMP水平越低。 ③电镜下线粒体数量与放射敏感性 线粒体数量越少，越敏感，淋巴细胞线粒体少，心肌 细胞线粒体多
④具有多种归属的结缔组织细胞在发展的不同阶 段有不同的敏感性，纤维母细胞最敏感（瘢痕组 织），内皮细胞（血管内皮细胞：血管肉瘤 胸膜 内皮细胞：见皮瘤）为中度敏感，纤维细胞（纤 维瘤）低敏感。 ⑤恢复能力强的细胞较敏感：小肠隐窝细胞、唾 液腺细胞、肝细胞、肾细胞、具有内分泌的腺体
（四）单靶单击与单靶多击
细胞的死亡或者来自于单次致死性的击中细胞中的 靶或者来至于分成２次击中所产生的亚致死性损伤 的相加。前者以ad表示，后者以βd2表示。因而其最 终的细胞存活率为：Ｓ＝e-(ad+d2)。可以分别把它们 简称为a型细胞杀灭及β型杀灭．它们的单位分别为 Gy-1和Gy-2。它们的比值即α／β＝d（Gy）。当细胞 存活曲线肩区较大时，则α／β值小，而肩区小时则 α／β值较高。 α／β值相当于a型细胞杀灭和β型杀灭 二者生物效应相等时所需的剂量。Ｓ＝e-(ad+d2)即是 所谓的线性－平方模式。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
.
线性二次模式
S=e –n (αd+βd2)
S: 存活比例. e :自然对数的底. d:分次剂量 n:照射次数 α β为系数.
.
线性二次模式
-LnS=n(αd+βd2 ) =nd(α+βd) =E
E:生物效应. nd=D,d:分次剂量 E/β=nd(α/β +d) 总生物效应(Total effect,TE), 单位为(Gy)2.
.
靶的概念
所谓“靶”指的是细胞内对放射线敏感的 位点。Lee 1946年在他的“辐射对活细 胞作用”一书中，创立了靶的概念，认 为辐射的生物效应是由于放射线击中了 生物大分子或细胞内对射线敏感的特定 区域并使之电离的结果，并将这个敏感 区域形象的称为“靶”。
.
DNA单链断裂
单链断裂的修复过程是受酶控制的
药 物﹑放射保护剂 ﹑不同射线 ﹑以及其 他物理因素) 对细胞放射敏感性的影响.
.
生物剂量
生物剂量是指对生物体放射反应程度 的测量.它与物理剂量不一致.因为剂量 率不同,生物效应不一样.
.
线性二次模式
线性二次模式(Liner quadratic model, LQ) 电离辐射作用于靶细胞并造成该细胞的损伤 由α 和β两个损伤概率复合而成. 单击致死,损伤与吸收剂量成正比,用α表示. 多击致死,损伤与吸收剂量的平方成正比,用β表示.
射线照射路径上的能 量释放 激发 电离
.
化学阶段
激发 电离
化学键断裂 自由基形成
分子结构破坏 修复正常
.
生物阶段
分子结构破坏
酶反应
修复 基因变异/癌变
DNA不能复制/ 有丝分裂停止
细胞死亡
.
电离辐射的直接作用和间接作用
辐射导致的DNA分子断 裂分为两类：直接作用 (direct effect)和间 接作用(indirect effect)。直接作用是 指射线直接作用于DNA 分子，使DNA 分子发生 损伤而导致断裂。间接 作用是指辐射可使水分 子产生自由基，自由基 作用于DNA分子并使之 断裂
G1
S DNA合成期
细胞周期时相与放射敏感性
有丝分裂期细胞或接近有丝分裂期细胞 是放射最敏感细胞
晚S期细胞通常具有较大的放射抗拒性 若G1期相对较长,G1早期细胞表现相对辐
射抗拒,其后逐渐敏感,G1末期相对更敏 感 G2期细胞通常较敏感,敏感性与M期相似
.
.
肿瘤的增殖动力学
描述肿瘤生长的一些参数 潜在倍增时间（potential doubling
Dq值(准阈剂量,quasithreshold dose) 代表存活曲线的肩宽,也称为浪费剂量. 表示:开始照射到细胞呈指数性死亡时 所“浪费”的剂量. SF2:为用2GY单次照射后的细胞存活率, 作 为细胞放射敏感性的指标之一.
.
细胞存活曲线的临床意义
1:研究各种生物效应与放射剂量的关系. 2:比较各种因素(氧﹑放射增敏剂﹑化学
.
线性二次模式
E/α=D〔1+d/(α/β)〕 E/α为生 物有效剂量(biologically effective dose, BED),单位为Gy. 它代表:整个分次照射或低剂量连续照 射过程的生物效应.
.
线性二次模式
LQ的临床意义 1:预测剂量分割方式的生物效应,而提出
超分割,加速超分割,低分割等照射方式. 2:不同剂量分割方式的等量转换
T
T
C
.
DNA双链断裂 染色体断裂
一般认为，引起 DNA损伤并最终导致细胞 死亡的主要是 DNA的双链断裂。这主要 是由于在实验中发现辐射引起的单链断 裂可以大部分得到修复，而双链断裂不 易修复， 且修复的过程中有可能发生的 修复差错
A T
C
.
细胞存活曲线
细胞存活:经射线照射后,细胞仍具有无限 增殖能力称为细胞存活.如没有无限增殖能力, 即使形态完整,有有限分裂能力,但不 能传种接代,也称为细胞死亡.
.
DNA是放射线对细胞作用最关键的靶
➢微辐射研究显示：用放射线杀死细胞时，单 独照射细胞浆所需的照射剂量要比单独照射细 胞核大得多。 ➢放射性同位素（如3H,125I）掺入核DNA可有效 地造成DNA损伤并杀死细胞。 ➢受放射线照射后染色体畸变率与细胞死亡密 切相关。 ➢当特异地把胸腺嘧啶类似物，如碘脱氧尿核 苷或溴脱氧尿核苷掺入染色体时可修饰细胞的 放射敏感性。
.
哺乳动物细胞存活曲线
横坐标表示剂量， 按线性标度绘 制，
纵坐标表示存活 率，按对数标 度绘制
.
哺乳动物细胞存活曲线
D0(平均致死剂 量,mean lethal dose)
D0=1/k,K为直线的斜 率. 它表明,杀死63%的细 胞所需的照射剂量. D0值越小,细胞越敏感.
.
哺乳动物细胞存活曲线
time, Tpot） 是一个理论值,假设在 没有细胞丢失的情况下肿瘤细胞群体 增加一倍所需要的时间
决定因素: 细胞周期时间 生长比例
.
肿瘤的增殖动力学
描述肿瘤生长的一些参数 细胞丢失因子（cell lose factor） 细胞丢失因子=1-Tpot/Td Td: Tumor volume doubling time
n2d2〔 1+d2/(α/β) 〕= n1d1 〔 1+d1/(α/β) 〕
D2/D1= 1+d2/(α/β) Байду номын сангаас 1+d1/(α/β)
.
细胞周期时相与放射敏感性
细胞周期时间 （cell-cycle time）,也称为 有丝分裂周期 G2 时间, 是两次 有效的有丝分 裂之间的时间
.
M 有丝分裂期
.
肿瘤的增殖动力学
人类肿瘤典型的动力学参数
细胞周期：
约2天
生长因数：
约40%
丢失率：
约90%
癌细胞潜在倍增时间：约5天
体积倍增时间：
约60天
.
早反应组织和晚反应组织
根据正常组织的不同特性和对电离辐射的 不同反应,将正常组织分为早反应组织和 晚反应组织两大类
早反应组织(Early responding tissue) 细胞更新快,放射后的损伤很快会表现出 来,这类组织α/β比值较高(10),损伤后 以活跃的增殖来维持组织中的细胞数量. 如:粘膜上皮、骨髓
临床放射生物学基础 Radiobiology
北京大学人民医院放疗科 陈亚林
.
放射生物学 Radiobiology
放射生物学研究的是辐射对生物 体作用及其效应规律的一门科学
.
放射生物学 Radiobiology
电离辐射对生物体的作用分为
物理阶段 化学阶段 生物阶段
.
物理阶段
10-18—10-12s
线性二次模式
S=e –n (αd+βd2)
S: 存活比例. e :自然对数的底. d:分次剂量 n:照射次数 α β为系数.
.
线性二次模式
-LnS=n(αd+βd2 ) =nd(α+βd) =E
E:生物效应. nd=D,d:分次剂量 E/β=nd(α/β +d) 总生物效应(Total effect,TE), 单位为(Gy)2.
.
靶的概念
所谓“靶”指的是细胞内对放射线敏感的 位点。Lee 1946年在他的“辐射对活细 胞作用”一书中，创立了靶的概念，认 为辐射的生物效应是由于放射线击中了 生物大分子或细胞内对射线敏感的特定 区域并使之电离的结果，并将这个敏感 区域形象的称为“靶”。
.
DNA单链断裂
单链断裂的修复过程是受酶控制的
药 物﹑放射保护剂 ﹑不同射线 ﹑以及其 他物理因素) 对细胞放射敏感性的影响.
.
生物剂量
生物剂量是指对生物体放射反应程度 的测量.它与物理剂量不一致.因为剂量 率不同,生物效应不一样.
.
线性二次模式
线性二次模式(Liner quadratic model, LQ) 电离辐射作用于靶细胞并造成该细胞的损伤 由α 和β两个损伤概率复合而成. 单击致死,损伤与吸收剂量成正比,用α表示. 多击致死,损伤与吸收剂量的平方成正比,用β表示.
射线照射路径上的能 量释放 激发 电离
.
化学阶段
激发 电离
化学键断裂 自由基形成
分子结构破坏 修复正常
.
生物阶段
分子结构破坏
酶反应
修复 基因变异/癌变
DNA不能复制/ 有丝分裂停止
细胞死亡
.
电离辐射的直接作用和间接作用
辐射导致的DNA分子断 裂分为两类：直接作用 (direct effect)和间 接作用(indirect effect)。直接作用是 指射线直接作用于DNA 分子，使DNA 分子发生 损伤而导致断裂。间接 作用是指辐射可使水分 子产生自由基，自由基 作用于DNA分子并使之 断裂
G1
S DNA合成期
细胞周期时相与放射敏感性
有丝分裂期细胞或接近有丝分裂期细胞 是放射最敏感细胞
晚S期细胞通常具有较大的放射抗拒性 若G1期相对较长,G1早期细胞表现相对辐
射抗拒,其后逐渐敏感,G1末期相对更敏 感 G2期细胞通常较敏感,敏感性与M期相似
.
.
肿瘤的增殖动力学
描述肿瘤生长的一些参数 潜在倍增时间（potential doubling
Dq值(准阈剂量,quasithreshold dose) 代表存活曲线的肩宽,也称为浪费剂量. 表示:开始照射到细胞呈指数性死亡时 所“浪费”的剂量. SF2:为用2GY单次照射后的细胞存活率, 作 为细胞放射敏感性的指标之一.
.
细胞存活曲线的临床意义
1:研究各种生物效应与放射剂量的关系. 2:比较各种因素(氧﹑放射增敏剂﹑化学
.
线性二次模式
E/α=D〔1+d/(α/β)〕 E/α为生 物有效剂量(biologically effective dose, BED),单位为Gy. 它代表:整个分次照射或低剂量连续照 射过程的生物效应.
.
线性二次模式
LQ的临床意义 1:预测剂量分割方式的生物效应,而提出
超分割,加速超分割,低分割等照射方式. 2:不同剂量分割方式的等量转换
T
T
C
.
DNA双链断裂 染色体断裂
一般认为，引起 DNA损伤并最终导致细胞 死亡的主要是 DNA的双链断裂。这主要 是由于在实验中发现辐射引起的单链断 裂可以大部分得到修复，而双链断裂不 易修复， 且修复的过程中有可能发生的 修复差错
A T
C
.
细胞存活曲线
细胞存活:经射线照射后,细胞仍具有无限 增殖能力称为细胞存活.如没有无限增殖能力, 即使形态完整,有有限分裂能力,但不 能传种接代,也称为细胞死亡.
.
DNA是放射线对细胞作用最关键的靶
➢微辐射研究显示：用放射线杀死细胞时，单 独照射细胞浆所需的照射剂量要比单独照射细 胞核大得多。 ➢放射性同位素（如3H,125I）掺入核DNA可有效 地造成DNA损伤并杀死细胞。 ➢受放射线照射后染色体畸变率与细胞死亡密 切相关。 ➢当特异地把胸腺嘧啶类似物，如碘脱氧尿核 苷或溴脱氧尿核苷掺入染色体时可修饰细胞的 放射敏感性。
.
哺乳动物细胞存活曲线
横坐标表示剂量， 按线性标度绘 制，
纵坐标表示存活 率，按对数标 度绘制
.
哺乳动物细胞存活曲线
D0(平均致死剂 量,mean lethal dose)
D0=1/k,K为直线的斜 率. 它表明,杀死63%的细 胞所需的照射剂量. D0值越小,细胞越敏感.
.
哺乳动物细胞存活曲线
time, Tpot） 是一个理论值,假设在 没有细胞丢失的情况下肿瘤细胞群体 增加一倍所需要的时间
决定因素: 细胞周期时间 生长比例
.
肿瘤的增殖动力学
描述肿瘤生长的一些参数 细胞丢失因子（cell lose factor） 细胞丢失因子=1-Tpot/Td Td: Tumor volume doubling time
n2d2〔 1+d2/(α/β) 〕= n1d1 〔 1+d1/(α/β) 〕
D2/D1= 1+d2/(α/β) Байду номын сангаас 1+d1/(α/β)
.
细胞周期时相与放射敏感性
细胞周期时间 （cell-cycle time）,也称为 有丝分裂周期 G2 时间, 是两次 有效的有丝分 裂之间的时间
.
M 有丝分裂期
.
肿瘤的增殖动力学
人类肿瘤典型的动力学参数
细胞周期：
约2天
生长因数：
约40%
丢失率：
约90%
癌细胞潜在倍增时间：约5天
体积倍增时间：
约60天
.
早反应组织和晚反应组织
根据正常组织的不同特性和对电离辐射的 不同反应,将正常组织分为早反应组织和 晚反应组织两大类
早反应组织(Early responding tissue) 细胞更新快,放射后的损伤很快会表现出 来,这类组织α/β比值较高(10),损伤后 以活跃的增殖来维持组织中的细胞数量. 如:粘膜上皮、骨髓
临床放射生物学基础 Radiobiology
北京大学人民医院放疗科 陈亚林
.
放射生物学 Radiobiology
放射生物学研究的是辐射对生物 体作用及其效应规律的一门科学
.
放射生物学 Radiobiology
电离辐射对生物体的作用分为
物理阶段 化学阶段 生物阶段
.
物理阶段
10-18—10-12s